IOS多线程使用GCD与信号量实现生产者与消费者模式

一、原理的简述

在生产者消费者模式当中，首先需要分清在这个模式当中有哪些角色？

各角色分别担任什么职责与它们之间的关系如何？

角色之间是在保证数据的准确性的情况下如何通信（同步数据）的？

假设现在有一个这样的情形：

有两个人共同访问一个容量有限的仓库，这2个人，其中一个是生产鞋子的，另一个是售卖鞋子，

他们共同使用一个仓库。在使用这个仓库之前，这2人之间需要建立一种规约，即：

1.生产鞋子的人首先需要向仓库管理员申请钥匙，在拿到钥匙的时候需要判断两种情况

在满仓的时候不能再让生产鞋子的人继续往这个仓库中存放鞋子，因为这个仓库的容量有限，

继续放会出现爆仓，那么这个时候生产鞋子的人应该怎么做呢？很明显，让它把仓库钥匙交出来，

然后出去等待。当仓库出现有位置空的时候，才继续存放鞋子。

2.卖鞋子的时候在使用这个仓库之前也需要向仓库管理员申请钥匙，当仓库有鞋子的时候，

把鞋子拿出来去卖，否则归还钥匙出仓等待。

3.这个仓库只有一把钥匙，即同时只能限制一个人进来。

二、将问题程序化：

.h文件：

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//  BaseRoom.h
//  MultiThread
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//  Created by liuxiaobing on 2018/10/31.
//  Copyright © 2018 liuxiaobing. All rights reserved.
//#import <Foundation/Foundation.h>NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN/**仓库*/
@interface BaseRoom : NSObject@property(strong,nonatomic) NSMutableArray* list;@property(assign,nonatomic) BOOL bIsStop;@property(strong,nonatomic) NSMutableArray* baseList;           //仓库
@property(strong,nonatomic) dispatch_semaphore_t mutex;         //访问仓库（临界区）的互斥访问信号量
@property(strong,nonatomic) dispatch_semaphore_t comsumer_sem;      //生产者-是否生产对象的标记  消费者是否消费仓库对象的标记 使用信
@property(strong,nonatomic) dispatch_semaphore_t product_sem;      //生产者-是否生产对象的标记  消费者是否消费仓库对象的标记 使用信
@property(nonatomic,assign) int count;-(void) produce:(NSString*) e;-(NSString*) comsumer;@endNS_ASSUME_NONNULL_END

.m文件：

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//  BaseRoom.m
//  MultiThread
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//  Created by liuxiaobing on 2018/10/31.
//  Copyright © 2018 liuxiaobing. All rights reserved.
//#import "BaseRoom.h"@implementation BaseRoom- (instancetype)init
{self = [super init];if (self) {//新建一个仓库,这里暂不作容量设计self.baseList = [[NSMutableArray alloc] init];//初始化生产对象--消费者标记，初始为0表示什么都没有self.product_sem = dispatch_semaphore_create(10);self.comsumer_sem = dispatch_semaphore_create(0);//初始化临界区互斥访问信号量,用信号量实现互斥,特殊初始值为1.//控制同一时刻只有一个线程对象在访问仓库self.mutex = dispatch_semaphore_create(1);}return self;
}-(void)produce:(NSString *)e{long baseCount = dispatch_semaphore_wait(self.mutex,  5 * NSEC_PER_SEC);        //先获取访问仓库的信号量if(baseCount != 0){NSLog(@"39----------仓库有人正在使用，生产者处于等待");}long maxSpaceCount = dispatch_semaphore_wait(self.product_sem, 5 * NSEC_PER_SEC);  //再判断 仓库是否还有可放物品的空间if(maxSpaceCount != 0){NSLog(@"43----------仓库10个空间已经使用完，生产者处于等待：仓库容量:%lu",[self.baseList count]);}else{[self.baseList addObject:e];NSLog(@"40---------生产鞋子%@:w仓库目前有：%lu",e,[self.baseList count]);dispatch_semaphore_signal(self.mutex);          //生产完了释放临界区的访问锁dispatch_semaphore_signal(self.comsumer_sem);    //将仓库中的皮鞋数量加1}}-(NSString*) comsumer{NSString* e = nil;long baseCount = dispatch_semaphore_wait(self.mutex, 5 * NSEC_PER_SEC);        //先获取访问仓库的信号量if(baseCount != 0){NSLog(@"55----------仓库有人正在使用，消费者处于等待");}long avableCount = dispatch_semaphore_wait(self.comsumer_sem, 5 * NSEC_PER_SEC);  //再判断 仓库是否还有可取，如果有物品，则取一个出来，否则t等待if(avableCount != 0){NSLog(@"59----------空仓，消费者处于等待");}else{e = [self.baseList objectAtIndex:[self.baseList count] -1];[self.baseList removeLastObject];NSLog(@"50---------卖鞋子:%@ 仓库还有%lu:",e,[self.baseList count]);dispatch_semaphore_signal(self.mutex);          //生产完了释放临界区的访问锁dispatch_semaphore_signal(self.product_sem);    //将仓库中的可放置的数量 +1}return e;
}@end

测试页面：

.h文件

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//  ProComsumerModel.h
//  MultiThread
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//  Created by liuxiaobing on 2018/10/31.
//  Copyright © 2018 liuxiaobing. All rights reserved.
//#import <UIKit/UIKit.h>
#import "BaseRoom.h"NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN/**生产者消费者模式*/
@interface ProComsumerModel : UIViewController@property(nonatomic,strong) BaseRoom* baseroom;//生产者线程跑的队列,这个队列可以控制生产者的执行是并行还是串行
@property(strong,nonatomic)dispatch_queue_t producerQueue;//消费者线程跑的队列，这个队列可以控制消费者的执行是并行还是串行
@property(strong,nonatomic) dispatch_queue_t consumerQueue;-(void) initObj;@endNS_ASSUME_NONNULL_END

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//  ProComsumerModel.m
//  MultiThread
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//  Created by liuxiaobing on 2018/10/31.
//  Copyright © 2018 liuxiaobing. All rights reserved.
//#import "ProComsumerModel.h"
#import "ProComsumerModel.h"@interface ProComsumerModel ()@end@implementation ProComsumerModel- (void)viewDidLoad {[super viewDidLoad];self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor];[self initObj];[self initView];}-(void) initView{UIButton* button2 = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];[button2 setTitle:@"生产" forState:UIControlStateNormal];button2.frame = CGRectMake(20, 80, 200, 40);button2.backgroundColor = [UIColor brownColor];[button2 addTarget:self action:@selector(producer:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];[self.view addSubview:button2];UIButton* button3 = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];[button3 setTitle:@"消费" forState:UIControlStateNormal];button3.frame = CGRectMake(20, 180, 200, 40);button3.backgroundColor = [UIColor brownColor];[button3 addTarget:self action:@selector(comsumer:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];[self.view addSubview:button3];
}-(void)producer:(UIButton*) button{[self producter];
}-(void)comsumer:(UIButton*) button{[self comsumer];
}-(void) initObj{self.baseroom = [[BaseRoom alloc] init];//分别创建N个生产者和M消费者各自的运行并发队列//均使用并发队列，即生产者之间可以并发执行，消费者之间也可以并发执行self.producerQueue = dispatch_queue_create("producer", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);self.consumerQueue = dispatch_queue_create("consumer", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);}-(void) producter{//    //创建10个生产者持续生产皮鞋
//    for (int i = 0; i < 1; i++) {
//
//    }dispatch_async(self.producerQueue,  ^{while(1){NSString* t = [NSString stringWithFormat:@"nike"];[self.baseroom produce:t];sleep(1);}});}-(void)comsumer{dispatch_async(self.consumerQueue, ^{while(1){[self.baseroom comsumer];sleep(2);}});}/*
#pragma mark - Navigation// In a storyboard-based application, you will often want to do a little preparation before navigation
- (void)prepareForSegue:(UIStoryboardSegue *)segue sender:(id)sender {// Get the new view controller using [segue destinationViewController].// Pass the selected object to the new view controller.
}
*/@end

测试效果：

工程源码

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